BRPI1006133B1

BRPI1006133B1 - Dispositivo para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão

Info

Publication number: BRPI1006133B1
Application number: BRPI1006133-9A
Authority: BR
Inventors: Marti Hinow; Marti Kubat; Thomas Steiner
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2019-10-01
Also published as: WO2010099843A1; JP2012519835A; RU2517999C2; US8669768B2; HK1168902A1; CN102246052A; JP5619782B2; KR101602809B1; DE202009013613U1; EP2404178A1; US20110304342A1; CN102246052B; BRPI1006133A2; KR20110124201A; EP2404178B1; DE102009012113A1; RU2011129336A

Abstract

dispositivo para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão. a presente invenção se refere a um dispositivo para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão, preferencialmente para assegurar a qualidade de transformadores de força. de acordo com a invenção, é sugerida uma estrutura de base comum com apenas um eletrodo principal comum aos componentes de sistema para o agrupamento espacial dos componentes de sistema.

Description

DISPOSITIVO PARA COMPONENTES DE SISTEMA DE UM SISTEMA DE TESTE DE PULSO DE ALTA TENSÃO [001] A presente invenção se refere a um dispositivo para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão, preferencialmente para assegurar a qualidade de transformadores de força.

[002] O teste de alta tensão tem a finalidade de simular sobretensões transitórias em redes trifásicas por meio de surtos gerados artificialmente na forma de pulso. Nesse caso, é feita distinção convencionalmente entre sobretensões externas, as quais são produzidas, por exemplo, por um relâmpago, e sobretensões de circuito interno que surgem devido a processos de comutação na rede. Para fins de teste, a multiplicidade de fenômenos de sobretensão é reduzida a tensões de surto de impulso atmosférico e de circuito. Para estas tensões de teste são estabelecidas grandezas características que descrevem o aumento da tensão, o valor de pico e a decadência dentro de tolerâncias específicas. No caso da tensão de impulso atmosférico de corte, a qual se destina a simular o efeito de variações de tensão muito rápidas, o tempo de corte é adicionado como uma grandeza adicional. Os requisitos, as formas de tensão e a determinação de tais parâmetros do mesmo são definidos na norma ICE 60060-1. Em função da respectiva verificação normativa realizada, o sistema de teste de pulso de alta tensão compreende, para tal finalidade, um gerador de pulso e componentes auxiliares, tais como um centelhador de corte, um divisor de tensão e uma compensação de picos ou compensação de overshoot.

[003] Para gerar as tensões de surto em forma de pulso necessárias, são utilizados particularmente os circuitos de multiplicação de Marx, também conhecidos como geradores de Marx, que se estabeleceram no mercado ao longo dos anos. O tipo de circuito desenvolvido em 1923 pelo inventor de mesmo nome e concedido como patente sob o número DE 455 933, foi construído na forma de vários estágios de circuito, em que cada um dos estágios ligados em série compreende uma capacitância de surto e um elemento de comutação, particularmente um centelhador de corte, e uma resistência ligada em paralelo com a capacitância de surto e o elemento de comutação, bem como uma resistência ligada em série com as mesmas. Nesse caso, dois estágios sucessivos são ligados entre si de tal maneira que eles são carregáveis em paralelo e descarregáveis em série.

[004] Os capacitares de surto são carregados por meio de uma tensão direta de carga. Nesse contexto, as resistências de carga interpoladas não só

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2/7 limitam a corrente de carga, como também permitem uma comutação em série temporária dos capacitares por meio dos centelhadores. As distâncias de descarga dos centelhadores são selecionadas de tal modo que não se rompem quando a tensão de carga máxima é alcançada.

[005] Depois de todos os capacitares de surto terem sido carregados até o seu valor final de tensão quase estacionário, a ignição do centelhador mais baixo ocorre, o qual então se rompe. No centelhador seguinte está presente o dobro da tensão de carregamento, de modo que este sofrerá ignição com segurança. Independentemente do número de estágios incorporados, o processo de descarga continua até o último estágio com base na adição das tensões de carga dos estágios que sofreram ignição anteriormente.

[006] Desta maneira podem ser gerados pulsos de tensão de surto de duração muita curta e, simultaneamente, de grande amplitude, de modo que tais pulsos são particularmente adequados para efeitos de fins de teste e experimentos com a tecnologia de alta tensão e para evidenciar a coordenação de isolamento e resistência de interferência em compatibilidade eletromagnética.

[007] Além disso, conhece-se, por exemplo, a partir do DE 196 39 023, o aumenta da capacitância de carga limite do gerador de Marx descrito anteriormente por meio de uma adição de circuita em que, durante o pico transitório na capacitância de carga, isto é, no corpo de prova, é alcançada uma redução de tensão que, após o término do pico transitório, é novamente eliminada. A adição de circuita, também chamada de compensação de overshoot em série, portanto, não reduz a causa do pico transitório, mas provê compensação para o pico transitório na capacitância de carga, ou seja, particularmente no corpo de prova. A compensação de overshoot consiste em uma capacitância de compensação e em pelo menos uma resistência de descarga conectada a esta em paralelo ou a um centelhador de descarga, em que a adição de circuita deve ser incorporada nos circuitas de multiplicação de Marx construídos em série em relação ao objeta de teste. Além da compensação de overshoot ligada em série com o objeta de teste, também é conhecido conceber a mesma em uma configuração ligada em paralelo com o corpo de prova. Diferentemente da forma construtiva descrita acima, a capacitância de compensação e a pelo menos uma resistência de descarga ou centelhador de descarga são dispostas em série em uma compensação de overshoot assim construída.

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3/7 [008] Além disso, também é necessário, para a simulação de uma carga de sobretensão de acordo com a operação e para evidenciar a resistência de isolamento de componentes de alta tensão, submeter os objetos de teste, como já mencionado, a uma tensão de pulso de surto de corte. Para um transcorrer bemsucedido de um teste padrão desse tipo é essencial que a tensão aplicada seja interrompida em um intervalo de tolerância de alguns microssegundos do tempo desejado decorrido desde o início da onda de tensão. Em termos técnicos, isto é realizado com centelhadores de corte, como são há muito tempo conhecidos a partir do estado da técnica, por exemplo, do documento DD 143 130.

[009] Além disso, um divisor de tensão de pulso capacitivamente amortecido é conectado, além do objeto de teste, também ao último estágio do circuito de multiplicação de Marx em um sistema de teste de pulso de alta tensão, o qual reduz a tensão de pulso de impulso atmosférico produzida durante a descarga dos estágios para valores que podem ser processados pelos instrumentos de medição e de registro.

[010] Todos estes componentes de sistema incorporados do sistema de teste de pulso de alta tensão possuem uma dimensão física considerável e precisam ser organizados na área de teste com um intervalo mútuo mínimo predeterminado em função do nível de tensão. Além disso, os intervalos mínimos em função da tensão igualmente definidos entre os elementos submetidos à tensão e o limite da área de teste devem que ser mantidos. Assim, a necessidade de espaço de todo o sistema de teste de pulso de alta tensão é substancial. Além disso, muitos fabricantes de transformadores precisam substituir todo o sistema de teste de pulso de alta tensão para alterar o objeto de teste. Neste caso, o gerador de Marx e os outros três componentes auxiliares precisam ser movidos individualmente por meio das salas de teste e remontados e configurados novamente como um sistema de teste de pulso de alta tensão. Este processo é demorado e inconveniente na prática.

[011] O objetivo da presente invenção é reduzir a dimensão física dos componentes auxiliares submetidos à tensão, particularmente do centelhador de corte, da compensação de overshoot e do divisor de tensão e, assim, reduzir a necessidade de espaço de todo o sistema de teste de pulso de alta tensão, de modo que seja possível operar as salas de teste de forma mais eficiente. Além disso, é um objetivo da invenção reduzir o número de conexões galvânicas que devem ser realizadas e, assim, economizar o tempo imposto pela instalação para configuração do sistema de teste de pulso de alta tensão.

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4/7 [012] Este objeto é alcançado por meio de um dispositivo para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão com as características da primeira reivindicação, independente. As reivindicações dependentes se referem a modalidades especialmente vantajosas da invenção.

[013] O conceito geral da invenção consiste em substituir a estrutura de base até então separada e os respectivos eletrodos principais dos componentes auxiliares individuais por uma estrutura de base comum com um eletrodo principal comum aos componentes auxiliares. Além disso, um ponto de conexão galvânica comum deve servir como região de conexão para todos os componentes auxiliares. Devido ao fato de que as regiões de conexão dos componentes auxiliares estão reunidas em um ponto de conexão comum, estas possuem o mesmo nível de tensão nesta região durante a verificação que é realizada. Portanto, ainda são necessárias apenas uma conexão com o gerador e uma conexão com o objeto de teste para a operação do sistema de teste de pulso de alta tensão. Além disso, através da combinação construtiva dos componentes auxiliares em uma estrutura de base comum, é possível que o operador da instalação, pela primeira vez, satisfaça a demanda relacionada a sistemas de teste de pulso de alta tensão, existente já há alguns anos, com uma necessidade por espaço reduzida acrescida de um transporte simplificado e tempos de instalação curtos. A grande extensão de área do sistema de teste de pulso de alta tensão se devia, anteriormente, aos grandes intervalos predeterminados em função da tensão entre os eletrodos principais individuais dos respectivos componentes auxiliares. No entanto, para substituir esses múltiplos eletrodos principais por um único eletrodo principal na estrutura de base e, além disso, combinar espacialmente os componentes auxiliares na estrutura de base era, necessário resolver inventivamente os seguintes problemas técnicos.

[014] A simples combinação espacial dos componentes auxiliares gera capacitâncias parasitas adicionais que influenciam negativamente a precisão do divisor de tensão. Nesse caso, o divisor de tensão precisa ser adaptado de modo que as medições que são realizadas sejam caracterizadas por um alto nível de precisão, embora surjam grandes capacitâncias parasitas. De acordo com a invenção, isto é alcançado, por um lado, por meio de um arranjo dos componentes auxiliares espacialmente definidos para que o efeito capacitivo parasita seja pequeno e, por outro lado, por meio de uma determinação das capacitâncias definidas dentro dos componentes auxiliares utilizados, de modo que a capacitância total resultante permita uma medição precisa e,

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5/7 adicionalmente, por meio da seleção adequada da capacitância do divisor e da resistência do divisor. No entanto, devido à ausência de correlações lineares das possibilidades de configuração supramencionadas, apenas modelos de aproximação podem ser encontrados na literatura para determinação destes parâmetros, que têm como consequência o fato de que as grandezas das capacitâncias parasitas precisam que ser estimadas por meio de simulações. Estas simulações têm de ser verificadas posteriormente em testes de desenvolvimento; trata-se, portanto, de um processo iterativo.

[015] Além disso, através da combinação física dos componentes auxiliares, os campos eletromagnéticos que surgem devem ser dispersos de forma a prevenir com eficácia as descargas elétricas que ocorrem. Especificamente, a ignição do centelhador de corte é relacionada com um processo transiente complicado. Nesse caso, o centelhador de corte carrega por um curto período de tempo um potencial de zero, enquanto os demais componentes auxiliares, devido às suas capacitâncias intrínsecas, ainda são acionados por tensões elevadas. O controle de campo, portanto, deve ser otimizado de forma a evitar uma descarga elétrica entre o divisor de tensão e o centelhador de corte ou entre a compensação de overshoot e o centelhador de corte, para o qual um cálculo de campo abrangente é necessário. Uma vez que, no entanto, apenas os campos estáticos podem ser calculados na maioria dos programas de cálculo de campo, mas não o caso transiente de campos que mudam substancialmente, um processo iterativo entre a simulação e a realização construtiva também é considerado necessário para esta finalidade. Neste contexto, tem-se revelado vantajoso verificar eletricamente e mutuamente a compensação de overshoot e o divisor de tensão por toroides adicionais.

[016] Embora seja conhecida do documento da titular de número 3.62/4 a integração entre um centelhador de corte com um divisor de tensão para pulsos de comutação de impulsos atmosféricos, neste dispositivo os dois componentes auxiliares não podem ser usados ao mesmo tempo, ao contrário da presente invenção. Centelhadores de corte conhecidos a partir do estado da técnica usualmente compreendem, interalia, uma coluna composta por uma combinação de resistências e capacitâncias e, portanto, têm os mesmos componentes dos divisores de tensão capacitivamente amortecidos. Se o centelhador de corte não sofre ignição, é possível, assim, alterar a função da coluna da centelhador de corte para a de um divisor de tensão. No entanto, isso também significa, no raciocínio inverso, que um divisor de tensão adicional precisa estar presente para

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6/7 o teste quando a fonte de tensão for cortada, ou seja, quando o centelhador de corte sofrer ignição. Uma solução para o agrupamento físico dos componentes auxiliares não pode ser inferida a partir deste documento da empresa titular.

[017] Além disso, também é inteiramente concebível, no âmbito da invenção, reunir fisicamente apenas dois dos três componentes auxiliares possíveis na estrutura de base comum, uma vez que, por exemplo, a utilização da compensação de overshoot não é considerada como funcionalmente absolutamente necessária, mas que apenas aumenta a qualidade da tensão de impulso atmosférico que é produzida. Além disso, uma possibilidade de combinação diferente dos componentes auxiliares é concebível.

[018] O dispositivo será explicado exemplarmente a seguir com base nas figuras anexas. As Figuras mostram:

[019] Figura 1 mostra uma ilustração esquemática de um dispositivo de acordo com a invenção para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão; e [020] Figuras 2a e 2b mostram uma modalidade preferencial de um dispositivo de acordo com a invenção para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão.

[021] Na Figura 1 é ilustrada uma estrutura de base 1, de acordo com a invenção, para a admissão de componentes auxiliares, tais como um centelhador de corte 2, um divisor de tensão 3 ou uma compensação de overshoot 4. Por razões de clareza, os componentes auxiliares são ilustrados apenas esquematicamente na Figura 1. Nesse caso, a estrutura de base 1 compreende, para um posicionamento seguro, uma região de base de tubos de aço interligados 5, 6 e 7, que é, por exemplo, triangular. O centelhador de corte 2, o divisor de tensão 3 e a compensação de overshoot 4 são dispostos nos respectivos vértices da estrutura de base 1 e conectados eletricamente a ela. Além disso, as extremidades superiores dos correspondentes componentes auxiliares são fixadas mecanicamente por meio de suportes transversais 8, 9 e 10 eletricamente condutores. Além disso, um eletrodo principal 11, que pode, por exemplo, ser construído como um toroide, é conectado aos suportes transversais 8, 9 e 10. Os suportes transversais 8, 9 e 10 condutores, portanto, não apenas cumprem a tarefa de segurar mecanicamente o eletrodo principal 11, mas também a de criar uma compensação de potencial entre os componentes auxiliares e o eletrodo principal 11. O eletrodo principal 11, na modalidade exemplar ilustrada, é dimensionado de tal forma que a circunferência externa se projeta para além dos

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7/7 componentes auxiliares dispostos nos respectivos vértices. Este dimensionamento pode, no entanto, variar em função de cada caso de uso, ou seja, com a distância em relação à parede do laboratório ou ao teto do laboratório ou com o nível de tensão e, portanto, deve ser considerado apenas como exemplar. É perfeitamente concebível, no âmbito da invenção, fixar apenas dois dos três componentes auxiliares possíveis aos respectivos vértices da região de base triangular ou, por outro lado, modificar construtivamente a estrutura de base 1, de acordo com a invenção, com apenas duas admissões para os componentes auxiliares. Além disso, os componentes auxiliares são interligados galvanicamente por meio de um ponto de conexão comum na região dos suportes transversais 8, 9 e 10 condutores e, portanto, possuem o mesmo nível de tensão nesta região.

[022] Figuras 2a e 2b mostram uma modalidade preferencial da invenção na qual a região de base da estrutura de base 1 é, diferentemente da Figura 1, de construção não triangular, mas sim alongada, ou seja, de construção linear. Além disso, são fixados lateralmente braços 12, 13, 14 e 15 à estrutura de base 1, assegurando um posicionamento seguro da construção da estrutura modificada. Também vale para esta modalidade que a mesma pode ser configurada com admissões para apenas dois componentes auxiliares.

[023] Assim, todas as modalidades de estrutura de base da ideia inventiva geral deste pedido devem ser dispostas de modo a possibilitar a substituição da estrutura de base até então separada e dos respectivos eletrodos principais dos componentes auxiliares individuais por uma estrutura de base comum com um eletrodo principal comum aos componentes auxiliares.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para componentes de sistema de um sistema de teste de pulso de alta tensão, compreendendo um gerador de pulso e componentes auxiliares, especialmente um centelhador de corte (2), um divisor de tensão (3) e uma compensação de picos (overshoot) (4), caracterizado pelo fato de que pelo menos dois dos componentes auxiliares são dispostos em uma estrutura de base (1) comum com um único eletrodo principal (14) para os componentes auxiliares.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

a estrutura de base (1) é formada por uma região de base de tubos de aço (5, 6 e 7) interligados triangularmente;

são providas admissões para os componentes auxiliares nos respectivos vértices da região de base da estrutura de base (1); e as extremidades superiores dos componentes auxiliares correspondentes são fixadas mecanicamente por meio de suportes transversais (8, 9 e 10) eletricamente condutores, de tal maneira que é criada, dessa forma, tanto uma conexão mecânica, quanto uma compensação de potencial entre os componentes auxiliares e o eletrodo principal (14).
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

a região de base da estrutura de base (1) é configurada de maneira linear: que vários braços (12, 13, 14 e 15) são fixados lateralmente à estrutura de base (1); que a estrutura de base linear possui pelo menos duas admissões para os componentes auxiliares; e que as extremidades superiores dos componentes auxiliares correspondentes são fixadas mecanicamente por meio de suportes transversais (8, 9 e 10) eletricamente condutores, de tal maneira que é criada, dessa forma, tanto uma conexão mecânica, quanto uma compensação de potencial entre os componentes auxiliares e o eletrodo principal (14).
4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o único eletrodo principal (14) é fixado nos suportes transversais (11, 12 e 13) condutores.
5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o eletrodo principal (14) é construído como um toroide.

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6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que é provido um ponto de conexão comum na região dos suportes transversais (11, 12 e 13) condutores como interface de conexão elétrica para todos os componentes auxiliares.